نخستین دستگاه انجماد الاستوکالوریک زیر صفر درجه در جهان ساخته شد

پژوهشگران در هنگ‌کنگ ادعا می‌کنند که نخستین دستگاه انجماد الاستوکالوریک زیر صفر درجه سانتی‌گراد جهان را توسعه داده‌اند که قادر است به دماهایی تا ۱۲– درجه سانتی‌گراد برسد.

فناوری سرمایش حالت‌جامد مبتنی بر اثر الاستوکالوریک آلیاژهای حافظه‌دار (SMA) به‌عنوان یک جایگزین بالقوه سازگار با محیط‌زیست برای فناوری تراکم بخار در نظر گرفته می‌شود، زیرا انتشار گازهای گلخانه‌ای صفر دارد و از پتانسیل بهره‌وری انرژی بالا برخوردار است.

این توسعه که توسط تیمی از دانشکده مهندسی دانشگاه علم و فناوری هنگ‌کنگ (HKUST) انجام شده، به‌عنوان نقطه عطفی در گسترش فناوری تبرید الاستوکالوریک به صنعت جهانی انجماد تلقی می‌شود.

این فناوری با بهره‌گیری از گرمای نهان حاصل از گذار فازی چرخه‌ای آلیاژهای حافظه‌دار، بدون استفاده از مبردها، سرمایش ایجاد می‌کند.

این دستگاه در مقیاس رومیزی و با فرکانس کاری ۱ هرتز، دمای منبع سرد ۱۲– درجه سانتی‌گراد را از یک منبع دفع حرارت با دمای اتاق (۲۴ درجه سانتی‌گراد)  به دست آورد و بدین ترتیب افزایش اختلاف دما (temperature lift) معادل ۳۶ درجه سانتی‌گراد را ثبت کرد.

دستگاه الاستوکالوریک رومیزی پژوهشگران در فضای باز و در دمای محیط بین ۲۰ تا ۲۵ درجه سانتی‌گراد آزمایش شد. گفته می‌شود که این دستگاه توانست یک محفظه عایق‌شده را طی ۶۰ دقیقه به دمای پایدار ۴– درجه سانتی‌گراد برساند و ۲۰ میلی‌لیتر آب مقطر را طی ۲ ساعت به یخ تبدیل کند.

این دستگاه توان سرمایشی ویژه‌ای تا ۱٫۴۳ وات بر گرم را تحت شرایط اختلاف دمای صفر نشان داد. علاوه بر این، ضریب عملکرد (COP) سیستم در فرض بازیابی ایده‌آل کار می‌تواند به ۳٫۴ برسد.

این دستگاه از یک آلیاژ نیکل–تیتانیوم (NiTi) دوتایی با دمای گذار پایین و مقدار نیکل بالا استفاده می‌کند که دمای پایان فاز آستنیت آن به ۲۰٫۸– درجه سانتی‌گراد کاهش یافته است. گفته می‌شود این آلیاژ حتی در ۲۰– درجه سانتی‌گراد نیز ابرکشسانی عالی و گرمای نهان قابل‌توجهی را حفظ می‌کند و دارای بیشینه تغییر دمای آدیاباتیک ۱۶٫۳ درجه سانتی‌گراد در دمای ۰ درجه سانتی‌گراد و بازه دمایی عملکردی ۴۸٫۵ درجه سانتی‌گراد است.

سیال انتقال حرارت، محلول آبی کلرید کلسیم با غلظت جرمی ۳۰ درصد است که نقطه انجماد پایینی دارد و تضمین می‌کند که در شرایط زیر صفر نیز به حالت مایع باقی بماند.

ژنراتور بر اساس یک چرخه فعال برایتون مبتنی بر تراکم عمل می‌کند و از هشت واحد آبشاری تشکیل شده است که هرکدام شامل سه لوله نیکل–تیتانیوم با دیواره نازک هستند. این طراحی نسبت سطح به حجم بالایی (۸٫۶۸ میلی‌متر به توان منفی یک) ارائه می‌دهد و بدون کمانش می‌تواند تنش فشاری ۹۰۰ مگاپاسکال را تحمل کند؛ موضوعی که با استفاده از توموگرافی کامپیوتری پرتو ایکس تأیید شده است.

پروفسور سون چینگ‌پینگ، رهبر تیم تحقیقاتی، گفت:
«این دستاورد، پتانسیل کاربرد در مقیاس بزرگ فناوری انجماد الاستوکالوریک را نشان می‌دهد. ما در حال همکاری با صنعت برای پیشبرد تجاری‌سازی آن هستیم.» وی افزود: «در آینده، تمرکز ما بر بهینه‌سازی بازده سیستم، چگالی توان و صرفه‌اقتصادی از طریق پیشرفت در مواد آلیاژهای حافظه‌دار، فرایندهای ساخت، طراحی تبادل حرارت و یکپارچه‌سازی و بهینه‌سازی سیستم خواهد بود تا به توان سرمایشی بیشتر و بهره‌وری انرژی بالا دست یابیم.»